高层建筑供电安全管理探究

李仲伟

（山西大同大学 煤炭工程学院 安全工程系，山西 大同 037003）

0 引 言

依据相关国标规定，楼层数达到10层及以上、高度超过24 m的建筑属于高层建筑范畴[1]。近些年，随着我国经济的发展，建设的高层建筑日益增多，尤其在一些一线、二线城市，高层建筑随处可见。高层建筑增加的同时，影响了日常用电负荷的需求，一旦发生供电故障，将严重影响居民的日常生活。因此，需要提高高层建筑供电安全性与可靠性。

1 高层建筑供电安全常见问题分析

1.1 用电负荷计算不合理

我国高层建筑用电负荷方面的研究起步较晚，大都参照国外经验。但是，国外与国内实际情况存在一定差别，一些系数取值和单位容量指标等方面的设计存在一定偏差。以往计算住宅负荷只是简单依据插座和灯泡数，而随着高层建筑大量出现和各种先进设备的涌现，每户实际设备容量已经远远高于20 kW。因此，以往形式的家庭用电负荷计算方式已经难以满足现状。

1.2 供电安全可靠性欠佳

一些高层建筑低压配电系统设计、保护接零和过流保护等设备，依然无法有效避免漏电、火灾等情况，是引发高层建筑火灾事故的主要原因之一[2]。此外，高层建筑供电系统设计中的接地设计不合理、建筑电气施工时甚至存在接地形式混用等情况。一些关键设备未对其进行专门的等电位连接，进而导致漏触电和人员伤亡等事故。此外，随着大量电气设备的应用，漏电保护装置应用逐渐普及。漏电保护装置可以有效避免接地故障而造成人员触电和电气火灾等情况发生，但作业人员技术素养不高，漏电保护装置的选择不合理、接线不正确，导致漏电保护装置难以发挥其特定功能，从而严重威胁整个高层建筑供电的可靠性和安全性[3]。此外，防雷措施不合理、雷击电磁脉冲和电磁兼容性等问题也是影响供电安全的主要因素。

2 高层建筑供电负荷计算与可靠性措施分析

2.1 高层建筑负荷计算

基于高层建筑用途不同，可将其分为高层住宅建筑和高层商用建筑。对高层建筑而言，住户的家用电器是用电负荷的决定因素。因此，确定每户用电容量需秉持以下原则。计算智能化小区小康型住宅的负荷，实际每户用电量计算公式为：

式（1）中，Q3、Q2、Q1分别 表示I、II、III类家用电器的需要系数值，通常以0.5～0.6为宜；J3、J2、J1分别表示I、II、III类家用电器实际家庭使用普及情况，通常取值为100%～200%、25%～40%、5%～15%；P3、P2、P1分别表示I、II、III类家用电器实际设备标称容量值。

此外，计算高层住宅建筑整体负荷时，应考量公共度电气设备，包括照明、电梯和机房等[4]。而计算一些高层写字楼和宾馆饭店等高层建筑的用电负荷，与高层住宅用建筑大不相同。此类建筑往往位于城市繁华地段，因此负荷计算通常采用单位指标法，定义如下：

式（2）中，W表示实际总计算负荷，单位kW；Q1表示单位指标情况，单位W/m2；Q2表示实际系数值，通常为0.7；C表示当前高层建筑的总面积，单位m2；cosβ表示功率因数值，通常取0.8。

应注意，对商用高层建筑而言，计算各个商铺店面负荷的参考单位指标为110～120 W/m2，常规性办公室的参考单位指标为95～140 W/m2，高级办公室的参考单位指标为140～190 W/m2。

2.2 提高柴油发电机组供电可靠性

作为高层建筑的自备应急电源，柴油发电机组应在建筑供电失常后15 s随即投入运行，从而弥补停电造成的损失。当采用单台机组作为整个建筑的应急电源时，它的额定容量设计应不高于1.5 kVA。当机组投入运行并达到额定转速时，应分批次连入负荷。通常先连入较大容量的电动机组，随后为小容量电动机。各个设备尽可能错开时间连入，以降低母线电压的波动。图1为某高层建筑的配电系统图。

如图1所示，高层建筑设计了2台变压器，即T1与T2，分别独立连接于市电电源，并设置备用发电机组。由图1可知，当建筑处于正常工作情况时，两段母线同时供电运行，此时开关S1、S2、S4均处于吸合状态，S3、S5开关处于断开状态，2台变压器处于各自独立运行状态且互相关联影响，发电机组G不工作。另外，II段和III段母线均由T2变压器供电，且与I段母线隔离。当正常市电故障导致其中一段母线停电时，位于母联位置的S3开关检测到母线欠压并自动吸合，确保市电正常情况下2台变压器之间实现互相备用。如果市电对I段和II段母线停止供电，柴油发电机检测到欠压信号随机投入运行，S5开关随机自动吸合，变压器链接开关S1、S2断开，由备用变压器对3条母线供电。

图1 某建筑配电系统设计图

基于图1设计方案进行配电系统电气设计时，应在各个开关之间设置相应的电气联锁，避免由于误操作引发事故风险。开关S1、S2应与开关S3实现联锁，以确保任何情况下2台变压器之间不会并列运行。开关K1、K2与开关K5之间的联锁，可有效避免发电机组投入运行时与市电的互联，从而防止反相供电造成更大影响。开关S5应与开关S3、S4联锁，开关S4失压脱扣器应同时监测II段、III段母线电压，确保非火灾情况下如果发生停电，发电机可作为非消防备用电源，从而充分发挥柴油发电机组的效力。

对应急发电机而言，当建筑发生停电事故时，其供电对象主要包括消防用电、大都生活水泵供电、客梯运行供电、大楼所有楼道供电、客房走道照明供电以及相关电源母线供电等。因此，选择高层建筑柴油发电机组时，应尽量选择高速柴油发电机组和无刷型自动励磁设备。因为高速柴油发电机组体积相对较小，整个机组的总重量相对较小，且设备运行情况较为可靠。无刷型自动励磁设备可适用于各种启动条件，有助于实现整个机组自动化和发电机组遥控运行的特点。此外，与自动励磁设备配套应用，往往可使静态情况下的电压调节率达到2.5%以内。

2.3 其他提高供电可靠性的措施

第一，漏电断路器等微型断路器在紧密间隔安装过程中，应充分考虑降容并检测其截流性能。通常情况下，8台左右的紧密无间隔安装形式降容会大于20%。此外，环境因素也会影响开关额定电流性，设计时应查阅、核实相关产品的技术资料。

第二，充分考量非线性符合电器。微波炉、可控硅调光等设备的电流往往含有多次谐波，而奇数倍的谐波在中性线内会互相叠加且难以抵消，进一步增加了电流，使中性线超负荷发热，进而影响线路使用寿命，甚至引发火灾等事故。因此，设计安装建筑电气时应明确新的标准。当配电系统为三相四线制时，其截面应为相线截面的2倍。

第三，单胎交流电梯和直流电梯单独配电的导体，其不间断工作载流量设计应大于铭牌要求额定电流值的1.4倍，插座的额定电流应大于所使用设备额定电流的1.25倍。

第四，低音区并联电容器线路的断路器和交流接触器等设备，相关导体的工作电流设计应不低于其实际负荷的1.5倍。为计算机等设备供电的不间断电源，输出功率的设计应高于计算机和相关负载设备额定功率的1.5倍。

3 结 论

随着高层建筑的日益增多，人们对电力资源的需求越来越高。为进一步确保高层建筑供电安全性，应充分考量供电负荷情况，依据商业用途和住宅用途性质的不同，分别计算高层建筑负荷。此外，需分析备用柴油发电机组。当建筑停电时，及时满足用户提供供电需求，从而弥补停电造成的损失，避免事态进一步恶化。随着更高层、超高层建筑的兴建，未来对供电系统的安全性将有更高要求。因此，务必从影响建筑供电的安全因素入手，提高整栋建筑的供电可靠性。